杂物对PCB小孔质量的影响

　　关键词：杂物控制；孔化不良

　　一、前言

　　高科技发展，人们需要性能高、体积小、功能多的电子产品，促使印制线路板制造也向轻、薄、短、小发展，有限空间，实现更多功能，布线密度变大，孔径更小。自1995 年至2005 年间，机械钻孔批量能力最小孔径从原来0.4mm 下降到0.2mm，甚至更小。金属化孔孔径也越来越小。层与层间互连所依赖的金属化孔，质量直接关系印制电路板可靠性。随着孔径的缩小，原对较大孔径没影响的杂物，如磨刷碎屑、火山灰，一旦残留在小孔里面，将使化学沉铜、电镀铜失去作用，出现孔无铜，成为孔金属化的致命杀手。孔化失效将使层间互联失效，药水控制不良成因及影响业界已多有文章论述，本文不再述。以下从日常控制积累的细小杂物对金属化孔影响，与大家共享。

　　二、孔化机理

　　钻头在敷铜板上先打孔，再经过化学沉铜，电镀铜形成镀通孔。二者对孔金属化起着至关重要的作用。

　　1、化学沉铜机理：

　　在双面和多层印制电路板制造过程中，都需要对不导电的裸孔进行金属化，亦即实施化学沉铜使其成为导体。化学沉铜溶液是一种催化式的“氧化/还原”反应体系。在Ag、Pb、Au、Cu 等金属粒子催化作用下，沉积出铜来。

　　2、电镀铜机理：

　　电镀定义是利用电源，在溶液中将带正电的金属离子，推送到位在阴极的导体表面形成镀层。电镀铜是一种“氧化/还原”反应，溶液中的铜金属阳极将其表面的铜金属氧化，而成为铜离子。另一方面在阴极上则产生还原反应，而令铜离子沉积成为铜金属。两者皆通过药水交换，化学作用达到孔化目的，交换效果好坏直接影响孔化质量。

　　三、杂物塞孔

　　在长期生产控制过程中，我们发现当孔径达到0.15-0.3mm，其塞孔的比例递增30%。

　　1、孔形成过程中的塞孔问题：

　　印制电路板加工时，对0.15-0.3mm 的小孔，多数仍采用机械钻孔流程。在长期检查中，我们发现钻孔时，残留在孔里杂质

　　以下为钻孔塞孔的主要原因：

　　当小孔出现塞孔时，由于孔径偏小，沉铜前高压水洗、化学清洗难以把小孔里面的杂物去除，阻挡化学沉铜过程中药水在孔里的交换，使化学沉铜失去作用。

　　钻孔时根据叠层厚度选用合适钻嘴、垫板，保持基板清洁，不重复使用垫板，有效的吸尘效果（采用独立的吸尘控制系统）是解决塞孔必须考虑的因素。

　　2、调整金属表面状态过程中的塞孔问题：

　　为满足当今苛刻的技术要求和印制电路板向高密度、细线路发展的需求，沉铜、干膜前对板面进行有效的表面处理，提高结合力，是极为关键的流程。多数厂家采用去毛刺、清洁、抛光和研磨等手段来调整金属表面状态。此几种表面处理方式使用的磨料和辅料的种类，对小孔塞孔起着关键作用。

　　2.1 磨料塞孔问题：

　　去毛刺、清洁、抛光和研磨都必须使用到磨刷，磨刷在生产过程中会产生磨料残留物，如果残留物大小与小孔孔径接近，将出现小孔塞孔问题。采用不织布磨刷，对金属表面处理效果较好，但此种类型磨刷在磨板过程中存在不织布脱落，而且脱落的不织布大小不一，一旦残留在小孔里面，采用高压水洗无法去除。

　　结论：不织布磨刷磨板，不织布刷毛存在脱落塞孔问题，目数越小问题比例越高。且都是高压水洗无法去除，换成其它类型磨刷，则塞孔问题可避免，而且能够有效去除钻孔孔边毛刺等缺陷。

　　量体裁衣，根据产品的特性选用合适的磨刷。是小孔金属化的重要保证。

　　2.2 火山灰塞孔：

　　保证干膜与基板表面牢固的粘附，要求基板表面无氧化层、油污、指印及其它污物，无粗糙镀层。增大干膜与基板表面的接触面积，还要求基板有微观粗糙的表面。达到上述两项要求，贴膜前要对基板进行认真处理，而且现代电路设计要求越来越细的线宽和间距，满足板件特性要求，因此发展了火山灰刷板机。火山灰粉刷板机是将火山灰粉悬浊液喷到板面上用尼龙刷进行擦刷，其加工主要有以下五个流程：

　　a.尼龙刷与火山灰粉浆液相结合进行擦刷；

　　b.刷洗除去板面的火山灰粉；

　　c.高压水洗；

　　d.水洗；

　　e.干燥。

　　火山灰粉刷板机处理板面有如下优点：

　　a.磨料火山灰粉粒子与尼龙刷相结合的作用与板面相切擦刷，能除去所有的污物，露出新鲜的纯洁的铜；

　　b.能够形成完全砂粒化的、粗糙的、均匀的、多峰的表面，没有耕地式的沟槽；

　　c.由于尼龙刷的作用缓和，表面和孔之间的连接不会受到破坏；

　　d.由于相对软的尼龙刷的灵活性，可以弥补由于刷子磨损而造成的板面不均匀的问题；

　　e.由于板面均匀无沟槽，降低了曝光时光的散射，从而改进了成像的分辨率。

　　A、对于孔径为0.3mm，“FFF”型号火山灰磨板后有2 个孔出现塞孔，“FFFF”不存在有塞孔问题。经过试验，确认当火山灰粒子尺寸比加工板件孔径≤3mil 能够有效防止火山灰塞孔。

　　B、对于孔径为0.25mm、0.2mm、0.15mm 火山磨板后，两种火山灰都出现塞孔，但“FFFF”塞孔比例明显低于“FFF”火山灰。而且随着孔径缩小，“FFF”塞孔比例明显上升，但“FFFF”火山灰，塞孔仍保持在低比例。

　　C、磨板过程中火山灰残留在小孔里面，经过后制程高压水洗，仍无法解决火山灰的塞孔问题。导致小孔镀不上铜、铅锡，蚀刻后出现孔无铜问题。

　　根据孔径大小，选择合适的火山灰类型是保证小孔质量的另一个重要因素。

　　四、结论

　　随着PCB尺寸不断减小，孔径不断缩小，布线密度不断提高，板件加工技术要求进一步提高，过去轻忽或认为不重要的部分，现在都成为关键及重要的影响，必须深入研究板件特性和加工过程中每一个环节，加以改进，提高。

　　来源：宏力捷